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Service de la Propriété industrielle et commerciale ARRETE
Article I.- Est restauré le brevet d'invention n 490.038 pour : "Appareil de pompage pour puits profonds " délivré le 30 juillet 1949 pour prendre cours le 7 juillet 1949.
Article 2. - La restauration ne sortira ses effets qu'après le paiement des taxes restées en souffrance ainsi que d'une taxe complémentaire égale au montant de celles-ci.
Ce paiement doit être effectué dans un délai d'un mois à compter de la date du présent arrêté.
Article 3. - La restauration est accordée sous la réserve des droits éventuels de tiers.
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Appareil de pompage pour puits profonds.
La présente invention se rapporte à un appareil étudié pour assurer l'élévation d'un liquide et pour l'extraire de puits profonds, de trous de sondage, etc.. , et notamment de cavités de ce type de grande profondeur.
Il est connu de pomper de l'eau, de l'huile ou un liquide analogue hors de trous de sondage à l'aide d'une pompe rotative disppsée sur le fond du trou de sondage et re- liée par un arbre de grande longueur à un moteur monté à l'ex- térieur.Mais les appareils de ce type ne sont pas satisfaisants car ils nécessitent, notamment pour les trous de sondage pro- fonds,une utilisation importante de matériaux de construction, et ils provoquent une perte élevée de rendement à cause du frottement qui se produit dans les nombreux paliers.
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Un en est donc venu à utiliser, à cause de ces incen- vénients, des pompes dénommées pompes immergées eu plongeuses, ves pompes comportent un moteur électrique spécialement étudié à cet effet, assemblé à la pompe et suspendu avec celle-ci sous la forme d'un ensemble monobloc dans le trou de sondage.
Dans ces ensembles composites, il est nécessaire de munir les moteurs électriques de cloches! de plongée qui servent d'éléments de protection de l'enroulement. Dans le cas contraire, les moteurs doivent être étudiés pour pouvoir tourner dans l'humidité, leur enroulement isolé par du caoutchouc pouvant alors être immergé. Il s'avère toutefois que les moteurs des pompes immergées demeurent très sensibles et ne sont pas d'une sûreté de fonctionnement suffisante malgré toutes ces mesures de prudence.
Lors d'une défaillance du dispositif à cloche de plongée, ou s'il se produit un manque d'étanchéité même faible de l'enroulement du moteur immergé ou du câble d'amenée de courant électrique, l'en- semble devient complètement inutilisable, Si ces appareils de pompage sont utilisés pour élever de l'huile, un autre inconvénient réside dans le danger d'explosion dû à la formation d'étincelles et au dégagement de gaz inflammables.
Un inconvénient particulier est dû au fait que les moteurs des pompée immergées n'admettent qu'une vitesse de rotation maximum de 3000 tours par minute pour une fréquence normale du courant de 50 périodes par seconde. Mais avec une vitesse de rotation de cet ordre, une pompe rotative à un seul étage de puissance moyenne n'assure qu'une hauteur de refoulement d'environ 50 à 60 mètres.Four des profondeurs de sondage plus importantes, il faut donc utiliser des pompes immergées
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à plusieurs étages. Liais celles-ci nécessitent l'utilisation de moteurs de commande plus puissants,
qui entraînent de leur côté des diamètres de sondage plus grands à cause de leurs dimensions plus grandes, Flue le diamètre du trou de sondage est important, et plus les sommes de temps, de travail et de matériaux, ainsi que les frais, croissent pour le forage de ce trou de sondage* 11 en résulte que les pompes immergé.. ou plongeuses connues ne sont utilisables avec un rendement rationnel et satisfaisant du point de vue prix de revient que pour des profondeurs de sondage limitées.
Il serait évidemment possible de mcnter à l'exté- rieur une pompe rotative de type habituel et de plus grande puissance, de diriger l'eau de refoulement de cette pompe, pour la plus grande partie, vers une pompe à jet d'eau placée dans le trou de sondage, et de diriger l'eau. de service de celle-ci, avec son eau de fonctionnement, vers la pompe ro- tative disposée à l'extérieur. toutefois, les pompes à jet d'eau ont, comme cela est connu, un très mauvais rendement et ne peuvent par suite être utilisées, indépendamment des questions de dimensions, pour assurer l'élévation d'un liquide hors d'un trou de sondage.
Le problème posé peut être résolu suivant l'inven- tien d'une manière à la fois simple et perfectionnée en associant un jeu de machines engageables dans le trou de sondage à un générateur de pression placé à l'extérieur (formé par exemple par une pompe principale), ce jeu de machines comportant une machine rotative (par exemple une turbine) actionnée par le fluide sous pression et une pompe rotative entraînée à partir ae celle-ci. L'agencement est, de préférence tel que la turbine et la pompe rotative forment une seule machine, c'est-à-dire un ensemble monobloc pouvant être intro-'
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duit dans le trou de sondage -et extrait de celui-ci soue cette forme.
Les rotors de la turbine et de la pompe sont rationnellement montés sur un arbre commun.
.Le turbine est actionnée à partir de la pompe princi- pale. Elle entraîne en rotation la pompe rotative qui refoule hors du. trou de sondage le fluide à faire monter (par exemple de l'eau) et le dirige avec le fluide de commande de la turbine (par exemple de l'eau), à travers un conduit éléva- teur, jusqu'à la pompe principale disposée à l'extérieur. uelle-ci dérive l'eau de service vers le dispositif utilisa- teur et direge à nouveau l'eau de commande de la turbine se trouvant dans le trou.
de sondage, Deux possibilité se pré- sentent pour le guidage de l'eau dans la Machine, Le couplage est assuré de manière telle que la turbine utilise toute la hauteur de chute d'eau jusqu'à la pression en aval de la pompe rotative, ou bien simplement la hauteur de chute d'eau jusqu'à la pression en amont de la pompe rotative. Dans le premier cas, l'eau actionnant la turbine est dirigée hors de celle-ci vers l'eau se trouvant dans le fond du trou de sondage, ou bien elle est acheminée directement au côté aspi- ration de la pompe rotative, puis de ce côté vers la pompe principale, avec l'eau de service.
Dans le second cas, l'eau de commande utilisée par la turbine est envoyée directement avec l'eau élevée par la pompe rotative vers le pompe princi- pale. La seconde solution devrait être préférable, déjà par des raisons de rendement global plus satisfaisant.
Etant donné que, pour le fonctionnement de l'appa- reillage formé par la turbine et la pompe rotative, la poussée axiale de la turbine et de la pompe est une considération importante, une des particularités de l'invention réside dans
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le fait que les rotors de la pompe et de la turbine sont disposés de salière telle que leurs poussées axiales soient dirigées en sens inverses et se compensent par suite en grande partie l'une l'entre. Ce couplage respectif des rotors de la turbine et de la pompe est obtenu par une disposition de ces éléments telle qu'ils soient traversés tous deux par l'eau, de haut en bas ou de 'bas en haut.
Une autre possibilité de suppression (le la poussée axiale consiste à utiliser un disque compensateur de type connu mais servant ici, suivant une variante de l'invention, à décharger l'ensemble du rotor- entourant les roues de la -pompe et de le turbine, et disposé de manière telle que l'une de ses faces soit soumise à la plus haute pression se pré- sentant, à savoir la pression en avant de la turbine, et l'autre face à la plus basée pression, à savoir la pression en avant de la pompe.
Il est ainsi possible de supprimer en majeure partie la poussée axiale avec un disque xompensa- teur de dimensions relativement réduites. le disque condensateur reçoit, suivant une autre particularité de l'invention, l'eau à la pression en amont de la turbine,de préférence par l'arbre commun, qui a la forme d'un arbre creux. Il est recommandé dans ce cas de diriger l'eau sous pression à travers la crapaudine de gui- dage inférieure de l'arbre pour assurer son graissage. Par suite.. le disque compensateur peut être disposé entre la pompe rotative et le palier de guidage inférieur.
Suivant un autre développement de l'idée mère de l'invention et en vue d'assurer la compensation, il est pré- pour supprimer encore partiellement la poussée anale de la turbine de munir le disque supportant les palettes de la turbine, et portant un joint intersticiel sur les côtés
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admission et refoulement, d'alésages axiaux assurant l'équilibre de la pression des deux côtés du rotor de cette turbine. L'agencement peut être étudié de telle sorte que l'eau s'écoulant de l'intérieur vers l'extérieur par le joint intersticiel passe par le palier de guidage supérieur de l'arbre, pour son graissage.
Cette eau de suintement, intersticiel est puisée judicieusement au endroit que l'eau sous pression desservant le disque compensateur. Pour empêcher la pénétration du sable dans le palier et dans les joints d'étanchéité de l'interstice, on peut disposer un filtre er avant du point de prélèvement de l'eau pour la compensation, les joints intercticiels et le graissage.
Il est recommandé de munir la turbine d'un distri buteur et d'un rotor de type axial. Les canaux demeurent alors ouverts de tous côtés. On obtient par suite l'avantage d'un montage plus aisé. Cette conformation permet d'obtenir un diantre de carter réduite ce qui est particulièrement important.
La palpe peut ronfaimer un rotor de type radial ou semi-uxial. Le cas échéant, elle peut comporter également un rotor à canaux. llle comprend, de préférence, un dis- tributeur d'admission et de refoulement en un seul élément, dont la partie permettent l'admission peut servir en même temps de carter pour l'eau de compensation.
Il est poscible le cas échéant d'assurer la péné- tration de l'eau dans le rotor de la pompe au nant vers le bas, pour ootenir une poussée axiale dirigée verts le haut s'opposant au propre poids du moteur* Dans ce cas, la fond du rotor peut servir de disque compensateur rotatif, et le fond de la roue distributrice de centre-disque fixe.
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Il s'avère également particulièrement avantageux de munir l'appareil de deux tubes concentriques auxquels on peut
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raccorder, au tube interne, le conduit pour l'eau de cocmcndo de la turbine, et au tube externe le conduit pour l'eau élevée.
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Dans une certaine nesure, un carter formé de üeliA cylindres concentriques taxais ùfeiiùoute de raccordement pour les conduits d'eau de -conde et d'eau élevée, er:agés 7'un dans l'autre, appartient également au jeu de machines, uet agenceraient favorise la recherche d'un di!ll!1etre de construc- tion réduit, de aorte qu'il est possible d'introduire dans un trou de ::.:o...Yldacc étroit un jeu. de pompes d'un rendement relativement élevé.
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Les inconvénients des appareils c#uus, décrits dans :'introduction, sont ainsi éliminée par l'application de l'invention. Un supprime en particulier la possibilité de dérangement de:
3 pompes pour puits profonds de type connu.
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tant dOù.l.é que la pompe principale disposée à l'extérieur peut être CG#tY1t::ld6c non. seulement par un '11oteur électrique, mais ausci par un co4eur à c0ul"Lasti#1 interne, le dispositif élévateur suivant l'invention est absolument indépendant de toute source de courant électrique. Par suite des caracté- ristiques de la pompe principale, il s'ensuit une faculté d'adaptation élevée aux conditions d'exploitation pratiques.
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Liant donné que le fluide sous pression peut être [#ené à l'extérieur à toute pression nécessaire, la pompe rotative peut être entraînée à une vitesse correspondant à n'importe quelle nécessité.
Une augmentation qui peut être ainsi facilement obtenue de la vitesse de rotation aboutit à un accroissenent important de la hauteur d'élévation. Un obtient ainsi un autre avantage important :- Etant donné que 1& quna-
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tité de liquide élevé croît proportionnellement à If8ugta-
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tien de la vitesse de rotation, une pompe plus petite peut ainsi être utilisée, et avec elle un trou de sondage plus étroit, sans diminuer la quantité élevée, ette particula- rité a une grande importance à cause du gain de temps et des frais plus réduits lorsqu'on creuse un puits de sondage.
Lors de l'élévation de liquide hors d'un groupe de puits profonds, on obtient cet avantage particulier que le fluide sous pression peut être fourni par une seule pompe princi.... pale alimentant plusieurs jeux de machines logés dans plu- sieurs trous de sondage différents. On peut diriger alors, comme de juste, à partir de cette seule pompe principale l'eau de service élevée et extraite de tous les puits profonds vers les différents points d'utilisation Etant donné que l'on utilisera alors une pompe principale de dimensions relativement importanter, celle-ci travaille avec un rende , ment très satisfaisant.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va cuivre, faite cn regard des dessins annexés donnés à. titre d'exemples non limitatifs de plusieurs réalisations de l'invention, et sur lesquels :-
Les fige. 1 et 2 représentent schéma tiquèrent l'agen- cement général de l'appareillage suivant l'invention, sui- vant les deux possibilités de couplage. les figs. 3 et 4 sont des vues en coupe longitudinale de deux réalisations d'une pompe à turbine suivait la fig. Z.
La fig. 5 est une vue en coupe longitudinale d'une autre réalisation.
Le acteur 1 entraîne la pompe principale disposée à l'extérieur du puits et qui dirige l'eau élevée en partie
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sous forme d'eau de service au point d'utilisetion, qui est par exemple un réservoir 5 , et en partie sous forme d'eau de commande à la turbine 5 placée dans le -puits ou trou de sondage 4 . Cette turbine forme avec la pompe rotative 6 qu'elle entraîne un seul ensemble qui peut être monté et démonta aisément.
Dans l'agencement que montre la fig. 1, l'eau sortant de la turbine 5 partient dans le fond du trou de sondage, ou directement dans le conduit d'aspiration de la pompe 6 , @ qui aspire en outre l'eau de service et refoule celle-ci vers la pompe principale 2 avec l'eau de commande de la turbine.
Dans la réalisation que montre la fig. il 2, la même pression règne en aval de la turbine et du côté refoulement de la pompe du trou de sondage, de sorte que l'eau sortant de la turbine peut être introduite directement dans le conduit de refoulement de la poape.
La pompe centrifuge suivant la fig.3 présente deux tubes concentriques 7 et 8 . le premier peut être raccordé au conduit tubulaire par lequel l'eau de commande est dirigée vers la turbine. Le second est raccordé au conduit d'élévation.
Sur l'arbre creux 9 qui est tourillon à au moyen des deux paliers à glissement 10 et 11, est monté le système de palettes Ici de la turbine et le rotor 13 de la pompe.
L'eau de commande sort de la turbine et s'écoule par le coude 14 dans le conduit d'élévation 8 ,tandis que l'eau de service, aspirée par la pompe au moyen de l'espace annulaire 15 dans le fond du trou de sondage, parvient élement dans le conduit d'élévation 8 par l'espace annulaire 16 .
Dans ce conduit, l'eau de service s'écoule avec l'eau de commande
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vers la pospe prir4ira .e , filtre le palier de guidage inférieur 11 et le rotor 13 de ia p c.pe est aieeaté sur l'arbre creux commun 9 un disque coMpensat6ur 17e dent la face supérieure est soumise à la pression qui règle du coté aspiration de la ponce.
L'eau sous pression destinée à l'autre face du disque com-
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pcnssteur est puisse dans le tube 7 l'extrm' supérieure de l'arbre creux 0 , au point 10 et est acLadaée au disque 17 à l'arbre creux v et en T-t-## -
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ccntairnant son extrémité inférieure, au cours de ce déplacement, l'eau, sous pression s'écoule alors à travers le palier de guidage 11 et essure son graissage. Si le liquide traversant sous pression le
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palier de glissement n'est pas suffisant, on peut aiunir ce palier de rainures spéciales, 11 est également possible de percer en dehors du palier des conduits de dérivation dans le carter de la machine.
Un filtre 19 est disposé judicieusement en amant du point de prise 18 à l'extrémité supérieure de l'arbre creux
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, 9 de iûrâb-re t liri-troauction de sable ou de corps .Çtre-i8ers.
La potre à turbine suivant 1 fis. 4 se différencie notamment de celle de la fig. rc per le feit est préva un dispositif compensateur supplémentaire pour le rotor 12 de la turbine, tie ro-tor est séparé de façon étanche -ur lea cotée admission et échappement du corps de la sachine au moyen des joints u'utanchoitë intersticiels u et ;1, et est percé en outre d'alésages 22 reliant e¯eft7e les côtés, afin d'obtenir un équilibre des pressions, une partie de l'eau s'écoulant à travers l'alésage ±3 et l'arbre 9 vers le
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disque compensateur 17 parvient à travers le pe]ier 24 qui
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est ainsi graissé, jusqu'au joint interstitiel 20 du côté admission de la turbine, pour forcer l'eau, d"5tv:-.:
.chéité, et traverse par suite les alésages 22 pour parvenir au joint intersticiel 21 du côté échappement de la turbine.
Dans la réalisation que montre la fig. 5, il est prévu
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peur le rotor de la pompe un distrib\lteur =.2 entourant ce rotor et qu'il est possible d'introduire dans le trou de sondage, les parties de ce distributeur correspondant à l'admission et au refoulement étant solidaires. Le côté admission de ce distributeur eert en même tenps de carter pour l'eau de compensation du disque 17 .
En s'écartant des exemples décrits l'agencement peut
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être tel ('tue l'admission d te:1tl dens le rotor de la pompe s'effectue du haut vers le bas. La poussée axiale Ar1 t a lors sers le haut, c'est-à-dire en sens inverse du propre poids du rotor, Vans ce cas, le distributeur de la pompe peut être étudié de façon à servir en même temps de contre-disque fixe pour le dispositif de condensation, tandis cle le fond du rotor constitue le véritable disque de compensation. Dans cette réalisation, le carter de la pompe est rationnellement muni de canaux d'aspiration et de refoulement en farme de poches ménagés l'un à ] 'intérieur de l'autre.
On remédie de
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cette manière à toute augmentation du di8mètre du carter. ionne montre? sur la fige 5, le jeu des 3éer.ts de l'appareillage peut être suspendu c un tube ii!J!H)1'Île 26 for- sant chemse et portent une tpnuxe ou 1riàe de :'ll!JT1ort 27 sur lequel prend appui de façon étanche le carter de la pompe centrifure. Si l'on utilise un tube forint chemise de ce
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type, on. peut suppriaer alors le tube .' 4.=v ti . externe 8 .
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Le tube f orelit chemise permet un montage et un démontage particulièrement aisés et simples du jeu de machines, de même que du tube daspiratitxi associé et du c1ATIet inférieur fermant ce dernier. le tube forçant chemise présente des
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avantages importants, xiotacmept pour de grandes profondeurs de forage, rour le montage du jeu des éléments d- 1 '8rareil... loge, on introduit tout d'abord le tube forint chemise, ce
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qui permet ensuite une suspension rapide et con,.-iode de ce jeu d'éléments et du conduit d'eau de commande. Lors du
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démontage de ce jeu d '11Gmer:ts, le tube formant chemise peut demeurer dans le trou de sondage.
Il est tien entendu possible de prévoir une pompe
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de même qu'une turbine à plusieurs étapes, ceci -oeuf TI ot;:\rn- ment être effectué pour des hauteurs d'élévation importantes.. lorsqu'il est nécessaire de travailler avec une certaine vitesse de rotation. Afin de ne pas être alors obligé d'al- aer sur toute sa lonpueur l'arbre commun, allongé de facon correspondante, le dispositif de compensation peut être disposé entre la pompe et la turbine.
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Le fluide sous pres8ion, qui est l'eau de co#pnde assurant la montée de l'eau n'a pas absolument besoin d'être envoyée à la turbine par une pompe principale. On peut égqlcement utiliser à cet effet tout générateur de pression
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approprié. le conduit d'eau de co-nce peut, par exemple1 être raccordé ±, un conduit d'eau anus pressior:..
Il ve de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, on peut apporter des modifications aux réalisations qui viennent d'être décrites.